دانشمندان با نور در فیبر نوری نازک مو محاسبه می کنند

دانشمندان دانشگاه Heriot-Watt در ادینبورگ، اسکاتلند، یک راه قدرتمند جدید برای برنامه‌ریزی مدارهای نوری کشف کرده‌اند که برای فعال کردن فناوری‌های آینده مانند شبکه‌های ارتباطی غیرقابل هک و رایانه‌های کوانتومی فوق‌سریع حیاتی هستند.

پروفسور مهول مالک، فیزیکدان تجربی و استاد فیزیک در دانشکده هریوت وات توضیح می دهد: «نور می تواند اطلاعات زیادی را حمل کند، و مدارهای نوری که با نور – به جای الکتریسیته – محاسبه می کنند، به عنوان جهش بزرگ بعدی در فناوری محاسبات دیده می شود. مهندسی و علوم فیزیک.

اما همانطور که مدارهای نوری بزرگتر و پیچیده تر می شوند، کنترل و ایجاد آنها دشوارتر است – و این می تواند بر عملکرد آنها تأثیر بگذارد. تحقیقات ما یک راه جایگزین – و انعطاف‌پذیرتر – را برای طراحی مدارهای نوری با استفاده از فرآیندی که به طور طبیعی در طبیعت رخ می‌دهد، نشان می‌دهد.

پروفسور مالیک و تیمش تحقیقات خود را با استفاده از فیبرهای نوری تجاری انجام دادند که به طور گسترده در سراسر جهان برای انتقال اینترنت به خانه ها و مشاغل ما استفاده می شود. این الیاف نازک‌تر از عرض موی انسان هستند و از نور برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کنند.

با استفاده از رفتار پراکندگی نور طبیعی در داخل فیبر نوری، آنها دریافتند که می توانند مدارهای نوری را در داخل فیبر به روش های بسیار دقیق برنامه ریزی کنند.

این پژوهش امروز در مجله منتشر شده است فیزیک طبیعی.

پروفسور مالیک توضیح می دهد: «هنگامی که نور وارد فیبر نوری می شود، به روش های پیچیده ای پراکنده می شود و مخلوط می شود. “با یادگیری این فرآیند پیچیده و شکل دادن دقیق به نوری که وارد می شود فیبر نوریما راهی برای طراحی دقیق مداری برای نور در این اختلال پیدا کردیم.”

مدارهای نوری برای توسعه فناوری‌های کوانتومی آینده – که در سطح میکروسکوپی با کار با اتم‌ها یا فوتون‌ها – ذرات نور طراحی می‌شوند، حیاتی هستند. این فناوری ها عبارتند از کامپیوترهای کوانتومی قدرتمند با قدرت پردازش عظیم و شبکه های ارتباطی کوانتومی غیرقابل هک.

پروفسور مالیک توضیح می دهد: برای مثال، مدارهای نوری در انتهای شبکه های ارتباطی کوانتومی مورد نیاز است تا بتوان اطلاعات را پس از طی مسافت های طولانی اندازه گیری کرد. آنها همچنین بخش کلیدی یک کامپیوتر کوانتومی هستند، جایی که از آنها برای انجام محاسبات پیچیده با ذرات نور استفاده می شود.

انتظار می‌رود رایانه‌های کوانتومی پیشرفت‌های عمده‌ای را در زمینه‌هایی از جمله توسعه دارو، پیش‌بینی آب و هوا و اکتشاف فضا باز کنند. فراگیری ماشین –هوش مصنوعی– منطقه دیگری است که در آن مدارهای نوری برای پردازش بسیار سریع حجم عظیمی از داده ها استفاده می شود.

پروفسور مالک گفت که قدرت نور در ابعاد متعدد آن است.

او توضیح داد: “ما می توانیم اطلاعات زیادی را روی یک ذره نور رمزگذاری کنیم.” «در ساختار فضایی آن، در ساختار زمانی آن، بر رنگ آن. و اگر بتوانید با همه این ویژگی ها به طور همزمان محاسبه کنید، مقدار زیادی از قدرت پردازش را باز می کند.

محققان همچنین نشان دادند که چگونه می توان آنها را برنامه ریزی کرد مدارهای نوری می تواند برای دستکاری استفاده شود درهمتنیدگی کوانتومی، پدیده ای که در آن دو یا چند ذره کوانتومی – مانند فوتون های نور – حتی زمانی که در فواصل بسیار زیاد از هم جدا شوند محدود می مانند. درهم تنیدگی نقش مهمی در بسیاری از فناوری‌های کوانتومی ایفا می‌کند، مانند تصحیح خطاهای کامپیوتر کوانتومی و فعال کردن امن‌ترین انواع رمزگذاری کوانتومی.

پروفسور مالیک و تیم تحقیقاتی او در آزمایشگاه اطلاعات کوانتومی فراتر از باینری در دانشگاه هریوت وات این تحقیق را با دانشگاهیان شریک از موسساتی از جمله دانشگاه لوند در سوئد، دانشگاه ساپینزای رم در ایتالیا و دانشگاه توئنته در هلند انجام دادند.